كيف يتيح المبرد ذو درجات الحرارة المنخفضة للغاية التبريد الشديد

يُعد مبرد درجات الحرارة المنخفضة جدًا وحدة تبريد تحقق نطاقات حرارية أقل بكثير من المبردات الصناعية القياسية. تتراوح هذه النطاقات الحرارية بين -40°م و-150°م. وبفضل قدراته التبريدية الشديدة، تُعد هذه الوحدة ضرورية لبعض الصناعات التي تحتاج إلى متطلبات دقيقة لدرجات الحرارة المنخفضة لعمليات معينة أو لتخزين المنتجات، مثل الصناعات الدوائية، والنحت، والفضاء الجوي، واختبار المواد. لياتيم ( https://www.liatem.com/)يُعد واحدًا من أكثر المطورين ابتكارًا وتطورًا في مجال إدارة الحرارة. ويقومون بتصميم وحدات مبردة فائقة الانخفاض في درجة الحرارة، تتميّز بالاعتماد العالي والكفاءة الطاقوية. فيما يلي شرح مفصل لكيفية أداء المبردات الفائقة الانخفاض في درجة الحرارة وفهم التبريد الشديد.

أنظمة ضغط متعددة المراحل متقدمة للتبريد العميق

يُعد نظام الضغط المتعدد المراحل المتقدم تكنولوجياً أساسية في وحدة التبريد ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا، مما يمكّنها من الوصول إلى هذه الدرجات المنخفضة القصوى. وعلى عكس وحدات التبريد القياسية التي تستخدم ضاغطًا واحدًا، فإن وحدة التبريد ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا تستخدم من ضاغطين إلى ثلاثة، حيث تقوم كل مرحلة بخفض درجة حرارة مادة التبريد تدريجيًا. في المرحلة الأولى، تمتص مادة التبريد ذات الضغط المنخفض حرارة النظام المستهدف، ثم تتحول إلى بخار وتنقل إلى الضاغط الأول حيث يرتفع الضغط ودرجة الحرارة بشكل طفيف. بعد ذلك، تنتقل مادة التبريد إلى مبادل حراري تخسر فيه بعض الحرارة، ثم إلى الضاغط الثاني حيث يزداد ضغط مادة التبريد أكثر. ويؤدي هذا الإجراء إلى خفض درجة حرارة مادة التبريد المغلية بما يكفي لتحقيق تبريد أعمق.

يُحسِّن مبرِّد لياتيم ذو درجة الحرارة المنخفضة جدًا هذا التصميم المتعدد المراحل باستخدام ضواغط فعالة من حيث استهلاك الطاقة ومصممة بدقة للتحكم في درجة الحرارة. فكر، على سبيل المثال، في التصميم الثلاثي المراحل للمبرد. وللوصول إلى -80°م، يقلل النظام من درجة حرارة وسط التبريد خلال كل عملية ضغط لمنع عدم الكفاءة الناتجة عن التبريد السريع ذي المرحلة الواحدة. هذه التقنية متعددة المراحل هي ما تمكّن المبردات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا من تحقيق نتائج تبريد مذهلة.

تخصيص لدرجات الحرارة تحت الصفر

تحتاج مبردات درجات الحرارة المنخفضة جدًا إلى سوائل تبريد مُخصصة بدرجات غليان منخفضة جدًا للوصول إلى درجات حرارة أقل من الصفر. بينما تغلي سوائل التبريد القياسية عند حوالي 0 درجة مئوية، تغلي سوائل التبريد R23 وR508B من لياتيم والمزيج المُخصص عند -82 درجة مئوية. عند تدوير المُبرد عبر مُبخّر المُبرد، تكون درجة غليانه منخفضة جدًا لدرجة أن النظام يمتص الحرارة حتى في درجات الحرارة القصوى، ويتبخر بسرعة ويترك النظام يحمل الحرارة بعيدًا. تختار لياتيم أيضًا سوائل التبريد وفقًا لدرجة الحرارة المطلوبة. ففي التطبيقات التي تصل درجة حرارتها إلى -80 درجة مئوية، يُستخدم R23، وفي التطبيقات التي تصل درجة حرارتها إلى -120 درجة مئوية فأكثر، يُستخدم مزيج من R23 وR14.

كما يقدرون استقرار المبرد عند درجات الحرارة المنخفضة (أي عدم تجمده أو تحلله). وهذا يضمن فاعلية المبرد في التبريد المستمر. علاوة على ذلك، فإن جهاز التبريد الفائق للدرجات الحرارية المنخفضة من لياتيم مزود بنظام تصفية المبردات لإزالة الشوائب ومنع الانسدادات التي قد تعوق دورة التبريد. إن هذه المبردات المخصصة تتيح بالتأكيد لجهاز التبريد الفائق للدرجات الحرارية المنخفضة الوصول إلى درجات حرارة منخفضة للغاية والحفاظ عليها.

مبدلات حرارية فعّالة لتحقيق انتقال حراري مثالي

يؤثر نقل الحرارة الفعّال تأثيرًا كبيرًا على التبريد الشديد الذي يمكن لمبرد درجات الحرارة المنخفضة جدًا من الحفاظ عليه. ويتم ذلك من خلال تصميمات محسّنة لمبادلات الحرارة. ويشتمل المبرد ذو درجة الحرارة المنخفضة جدًا على مبادلين حراريين رئيسيين: المبخرات، التي تقوم بامتصاص الحرارة داخل النظام المستهدف، والمكثفات، التي تعمل على إطلاق الحرارة إلى الوسط المحيط. وتُحسّن شركة Liatem هذه الأنظمة من خلال توفير مساحات سطحية كبيرة — غالبًا عبر تصميمات قنوات دقيقة أو أنابيب مزودة بزعانف — تتيح للتبريد ومصدر أو مصرف الحرارة تحقيق أقصى درجات التلامس.

يحتوي المبخر على أنابيب رفيعة ومتباعدة، وتمتص المبردات من درجات الحرارة المنخفضة بسرعة، سواءً كانت حلولاً صيدلانية أو سوائل تبريد للمكونات الإلكترونية. وفي المقابل، تستخدم المكثفات مراوح أو ماء لتبريد المبردات وإحداث التبخر. في جهاز التبريد فائق الحرارة المنخفضة من Liatem، تم إضافة عوازل إلى مبادلات الحرارة، مثل الأقمشة الرغوية المغلقة الخلايا، للحفاظ على درجات الحرارة تحت الصفر. وقد حقق هذا التصميم الطاقي الحفاظ على درجات حرارة منخفضة بكفاءة طاقوية عالية أثناء عمليات انتقال الحرارة الشديدة. وقد نجحت هذه العملية القصوى لنقل الحرارة لأن تصميمها تطور نحو البساطة.

أنظمة التحكم في درجة الحرارة لتحقيق الاستقرار

لم تكن أنظمة التحكم في مبرد درجات الحرارة الفائقة المنخفضة من LOL بحاجة إلى وقت للوصول إلى درجات حرارة قصوى، وكانت هذه الأنظمة تتميز بدقة عالية وانخفاض التقلبات. ومع اقتراب درجة حرارة الأنظمة المغلقة من مادة التبريد، تقوم أجهزة استشعار درجة الحرارة عالية الحساسية بقراءة البيانات وإرسالها إلى وحدات التحكم. وتضيف الأنظمة نفسها إعدادات أخرى لتحقيق التدفق ضمن أنظمة مزودة بمعالج دقيق للتحكم بمراحل الضاغط والمراوح، وتوفير عوامل دعم إضافية للحفاظ على القنوات الحرارية المطلوبة.

فكّر فيما يحدث مع المبردات أثناء وضعيات التحكم المختلفة. إذا انخفض هدف درجة الحرارة المحدد على وحدة تحكم الضاغط دون درجة الحرارة المستهدفة، فستقوم وحدة التحكم بخفض إخراج الضاغط، ثم تزيد من تدفق مادة التبريد إلى الهدف لامتصاص كمية إضافية من الحرارة. كما ترا monitore المبردات معايير النظام مثل الضغط العالي وانخفاض مستوى مادة التبريد للحفاظ على النظام من التلف. ويُمكّن المراقبة عن بعد لإعدادات النظام من التحكم به من أي مكان والحفاظ على التبريد في حال تم ترك النظام دون رقابة.
 
تساعد العزلة الثقيلة مع تدابير منع التكاثف في الحفاظ على درجات الحرارة الباردة في المبرد. يتم عزل أسطح التحكم في النظام مثل الضاغط، مبادلات الحرارة، وخطوط المبردات بعازل سميك عالي مصنوع من رغوة البولي يوريثان. إن انخفاض استهلاك الطاقة في المبرد يعزز التحكم في درجة الحرارة. يساعد مبرد لياتيم للدرجات الحرارية الفائقة المنخفضة في التحكم باستهلاك الطاقة ومنع تكاثف البرودة على أسطح النظام.

الأسطح المحيطة بخطوط المبردات الباردة ومُبَخر المبرد مزودة بألواح تسخين. وهذا يعني أن الأسطح تبقى أعلى قليلاً من نقطة الندى، وبالتالي لا يتكون الرطوبة. كما يحتوي الغلاف الخارجي على طبقة إحكام ختم لمنع دخول الهواء الرطب. بالنسبة لمبرد الدرجة الحرارية الفائقة المنخفضة، فإن عزل التكاثف ضروري ويجب أن يعمل الوحدة بشكل صحيح وموثوق في الظروف الصناعية أو المخبرية النموذجية.

يستخدم مبرد درجات الحرارة المنخفضة جدًا ضغطًا متعدد المراحل، ومبردات منخفضة الغليان، ومبادلات حرارية متقدمة، والتحكم في درجة الحرارة، والعزل للوصول إلى التبريد الشديد والحفاظ عليه عند الدرجات المطلوبة. وبفضل هندسة شركة Liatem، فإن وحدات المبردات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا قادرة على توفير تبريد موثوق وفعال بدقة فائقة لأصعب المهام، مثل تجميد المكونات الجوية المبردة لاختبار عينات الأدوية. ومع تزايد مطالب الصناعات بالدقة الأعلى، يصبح المبرد ذو درجة الحرارة المنخفضة جدًا أكثر أهمية باستمرار. وقد حققت هندسة Liatem تقدمًا كبيرًا في مجال التبريد المتطرف. بالنسبة للأعمال التي تحتاج إلى تبريد موثوق بدرجة حرارة أقل من درجة تولستوي، فإن المبردات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا تمثل استثمارات لا تقبل المساومة في جودة العمليات.